化学反应条件的优化工业合成氨

化学反应条件的优化工业合成氨

化学反应条件的优 ----工业合成氨

化学反应条件的优化工业合成氨

复 习温度

影响化学反应速率和化学平衡 的重要因素有哪些?化学反应速率 化学平衡

升高温度,平衡向吸 温度越高,反应速 热方向移动 率越大 气体压强 压强越大,反应速 增大压强,平衡向气态物 率越大 质系数减小的方向移动 催化剂 正催化剂加快反应 催化剂对平衡无影响 速率 浓度 反应物浓度越大,反 增大反应物浓度,平 衡正向移动 应速率越大

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弗里茨· 哈伯：

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弗里茨· 哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产 经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10 年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找 高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达 6500次试验，测试了2500种不同的配方，最 后选定了一种合适的催化剂--铁，使合成氨 的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨 工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈 伯颁发了诺贝尔化学奖。

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化学反应 的方向 化学热 力学

合成氨反 应能否自 发进行？怎样能促 使化学平 衡向合成 氨方向移 动？ 怎样能提 高合成氨 反应速率？

化学工艺学

化学反应 的限度

适 宜 的 合 成 氨 条 件

工 艺 流 程

化学动 力学

化学反应 的速率

高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 的催化剂活性的影响等

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【交流· 研讨】合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 已知298K时: △H= -92.2KJ· -1 mol

书P65

2NH3(g)

△S = -198.2J· -1· -1 K mol请根据正反应的焓变和熵变分析298K下 合成氨反应能否自发进行？ 298K下合成氨反应的平衡常数 K为4.1×106(mol· -1)-2 L

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合成氨反应的特点：N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积) 2NH3(g) △H =-92.2kJ/mol (2体积)

△S = -198.2J· mol-1 K-1·

①可逆反应 ②熵减小的反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应

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一、合成氨反应的限度

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【交流· 研讨】

书P65

请利用化学平衡移动的知识分析 什么条件有利于氨的合成.

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NH3%0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1

1:1

1:2

1:3

1:4

1:5

1:6

N2:H2

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降低 增大 ___温度、___压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 1:3 _____时平衡混合物中氨的含量最高。

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二、合成氨反应的速率

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【交流· 研讨】

书P66

1、你认为可以通过控制那些反应 条件来提高合成氨反应的速率？2、实验研究表明，在特定条件下， 合成氨反应的速率与反应的物质的浓 度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 请你根据关系式分析：各物质的浓 度对反应速率有哪些影响？可以采 取哪些措施来提高反应速率？

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3、请你根据下表所给的数据分析催化 剂对合成氨反应速率的影响： 催化剂对合成氨反应速率的影响条件 无催化剂 使用Fe催化剂 △ E /K

J/mol 335 3.4×1012(700k) 167 k(催)/k(无)

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1.升高温度 2.增大压强 3.增大反应物浓度 4.使用催化剂使用催化剂可使合成氨反应的速率提 高上万亿倍。

5.增大N2`H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去